DE2704840C2 - Electronically changeable logic circuit with Josephson elements - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine logische Verknüpfungsschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a logic combination circuit according to the preamble of claim 1.

Josephson-Elemente sind für Anwendungen als Speicherzeilen und als Verknüpfungsglieder in ultraschnellen logischen Schaltkreisen bekannt. Die Eigenschäften eines typischen Josephson-Elements sind genau in dem Artikel Proceedings of the IEEE, Februar 1967. Vol. 55, Seiten 172 bis 180 beschrieben. Ein typisches logisches Verknüpfungsglied besteht danach aus einer Torschaltung (dem eigentlichen umschaltbaren Kontakt) und einer Steuerleitung, die isoliert über den Kontakt angebracht ist. Die Steuerleitung besteht normalerweise aus einem Supraleiter, wie beispielsweise Niob, Zinn oder Blei. Der Josephson-Kontakt selbst besteht aus zwei Streifen supraleitenden Materials, dieJosephson elements are for applications as memory lines and as logic links in ultrafast logical circuits known. The properties of a typical Josephson element are exactly in the article Proceedings of the IEEE, February 1967. Vol. 55, pages 172-180. A typical logic link then exists from a gate circuit (the actual switchable contact) and a control line that isolates over the contact is attached. The control line usually consists of a superconductor such as Niobium, tin or lead. The Josephson junction itself consists of two strips of superconducting material that

sich überlappen. Im Überlappungsbereich sind die beiden Streifen voneinander durch eine Tunnelgrenzschicht getrennt, die bcispielsv/cisc aus einem Oxid einer der beiden Supraleiter hergestellt werden kann. Die Oxidgrenzschicht weist üblicherweise eine Dicke in deroverlap. In the overlap area are the two strips separated from each other by a tunnel boundary layer, the example v / cisc made of an oxide one of the two superconductors can be produced. The oxide boundary layer usually has a thickness in the

Größenordnung von 10 bis 30 A auf. Der Kontakt und die Steuerleitung werden normalerweise isoliert über einer supraleitenden Grundplatte angeordnet.
Ein Arbeitsstrom l_e wird durch das Element geschicktOf the order of 10 to 30 A. The contact and the control line are normally arranged in an isolated manner over a superconducting base plate.
A working current _le is sent through the element

weiches in seinem supraleitenden Zustand eine Kurzschlußverbindung parallel einem Ausgangswiderstand Z₀ darstellt. Wenn die lineare Summe des Eingangsstroms /_cden Josephson-Schweliwertstrom /_m unterhalb den Wert I_g drückt, bewirkt der Strom ein Umschalten in einen Zustand, in dem an dem Element eine Spannung gleich oder kleiner 2A/e(2A/e=2,5 mV für Elemente aus Blei) auftritt. Nach dem Umschalten erzeugt die Spannung V_g im Ausgangswiderstand einen Strom I_n der gleich VJZ₀ ist. Dieser Strom kann dann zur Steuerung anderer Schaltkreise verwendet werden. In den meisten Fällen bleibt das umgeschaltete Element in dem spannungsführenden (normalleitenden) Zustand und muß zum Zurücksetzen in den supraleitenden Zustand eine momentane Herabsetzung von I_g erfahren. Es sind aber auch schon mit Gleichstrom betriebene Schaltkreise bekannt geworden, die nicht selbstverriegelnd sind, d. h. die ohne weitere Maßnahmen wieder in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehren, ein derartiger Vorschlag stammt von W. Baechtold, »Digest of Technical Papers«. I. S. S. C. C, Philadelphia, 1975, Seite 146.which, in its superconducting state, represents a short-circuit connection parallel to an output resistance Z ₀ . If the linear sum of the input current / _c pushes the Josephson threshold current / _m below the value I _g , the current causes a switchover to a state in which a voltage on the element is equal to or less than 2A / e (2A / e = 2, 5 mV for elements made of lead) occurs. After switching, the voltage V _g generates a current I _n in the output resistor which is equal to VJZ ₀ . This current can then be used to control other circuits. In most cases, the switched element remains in the live (normally conducting) state and must experience a momentary reduction in I _{g in order to reset it to the superconducting state.} However, circuits operated with direct current have also become known which are not self-locking, ie which return to their original state without further measures, such a proposal comes from W. Baechtold, "Digest of Technical Papers". ISSC C, Philadelphia, 1975, 146.

Logische Schaltkreise mit selbstverrie^elndsh und nicht selbstverriegelnden Elementen sind im Stand der Technik bekannt. Im US-Patent 38 91 864 sind logische Schaltkreise unter Einschluß von UND-, ODER- und Inverterschaltkreisen angegeben, wobei genau die Betriebsbedingungen für die verschiedenen Arten von Josephson-Elementen beschrieben sind.Logical circuits with self-locking and non-self-locking elements are known in the art. In U.S. Patent 3,891,864 are logical Circuits specified including AND, OR and inverter circuits, with exactly the Operating conditions for the various types of Josephson elements are described.

Verriegelnde UND- und ODER-Schaltkreise sind irn US-Patent 38 43 895 angegeben. In beiden Patenten enthält der UND-Schaltkreis eine Mehrzahl von parallel geschalteten Josephson-Elementen, wobei jedes getrennt durch eine Steuerleitung beaufschlagt wird und alle diese Elemente durch einen Lastwiderstand überbrückt sind. In dem letztgenannten Patent besteht der ODER-Schaltkreis aus einem Paar von in Reihe geschalteten Josephson-Elementen, von denen jedes durch einen Steuerstrom getrennt aktiviert wird und beide eine Last parallel geschaltet haben.Locking AND and OR circuits are irn U.S. Patent 3,843,895 indicated. In both patents, the AND circuit includes a plurality of in parallel switched Josephson elements, each of which is acted upon separately by a control line and all of these elements are bridged by a load resistor. In the latter patent the OR circuit made up of a pair of series-connected Josephson elements, each of which is activated separately by a control current and both have connected a load in parallel.

Ähnlich? Konfigurationen sind auch im IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 18, Nr. 9, Februar 1976, Seite 3128 angegeben.Similar? Configurations are also in IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 18, No. 9, February 1976, p 3128 stated.

In einem weiteren Artikel IBM Technical Disclosure Bulletin Vol. 18, Nr. 11. April 1976, Seite 3894 wird ein UND-Verknüpfungsglied angegeben, das nicht-selbstverriegdnd arbeitet. In diesen. Artikel wird auch vorgeschlagen, Vorströme zu verwenden, um die nicht verriegelnden Elemente im umgeschalteten Zustand aufrechtzuerhalten, so daß bei Anlegen von Steuersignalen an jedes Elenrint der Ausgangsstrom von der zum Element parallel liegenden Last entfernt wird. Ein derartig :r Schaltkreis kann dann natürlich als Inverterkreis angesehen werden.In another article, IBM Technical Disclosure Bulletin Vol. 18, No. 11 April 1976, page 3894, a AND logic element specified, which is not self-locking is working. In these. Article is also suggested to use pre-currents to avoid those to maintain locking elements in the switched state, so that when control signals are applied at each element the output current is removed from the load lying parallel to the element. A like this: r circuit can of course be used as an inverter circuit be considered.

Im IBM Technical Disclosure Bulletin. Vol. 18, Nr. 11, April 1976, Seite 3897 werden sowohl UND- und ODER-Schaltungen angegeben, die im nicht-selbstverriegelnden Betrieb verwendet werden können.In the IBM Technical Disclosure Bulletin. Vol. 18, No. 11, April 1976, page 3897, both AND and OR circuits are given which are used in the non-self-locking Operation can be used.

Im Stand der Technik sind somit verschiedene Arten von Logikkreisen mit Josephson-Elementen bekannt Es zeigt sich aber, daß eine einzelne Schaltkreiskonfiguration bestenfalls zwei logische Funktionen realisieren kann, beispielsweise die obengenannten Funktionen UND- und NOR. Ein Schaltkreis mit mehr als zwei logischen Funktionen ist nicht bekannt, ebensowenig ein Schaltkreis der mehr als zwei logische Funktionen aufweist und dessen Ausgangssignale an einem einzigen Paar von Ausgang-i'ilemmen abgenommen werden können.Various types of logic circuits with Josephson elements are thus known in the prior art it turns out, however, that a single circuit configuration can implement two logical functions at best can, for example, the functions AND and NOR mentioned above. A circuit with more than two logical functions are not known, just as little is a circuit of more than two logical functions and whose output signals are picked up at a single pair of output terminals can.

Die vorliegende Erfindung hat sich deshalb zur Aufgabe gemacht, eine Schaltungskonfiguration mit Josephson-Elementen anzugeben, mit der eine Vielzahl von logischen Verknüpfungen der Eingangssignale verwirklicht werden können und die auf elektronischem Wege in verschiedene Betriebsweisen mit jeweils verschiedener logischer Verknüpfung umgeschaltewerden kann. Das Ausgangssignal soll dabei immer an denselben Anschlußpunkten abnehmbar sein.The present invention has therefore set itself the task of providing a circuit configuration with Josephson elements indicate with the a variety of logical operations of the input signals Can be realized and electronically in different modes of operation with each different logical connections can be switched. The output signal should always be on the same connection points can be removed.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichnete Erfindung gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.This object is achieved by the invention characterized in the main claim. Refinements and Further developments of the invention are contained in the subclaims.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung handelt es sich im wesentlichen um einen elektronisch veränderbaren logischen Schaltkreis, dessen logische Ausgänge als Funktion von angelegten Steuersignalen verändert werden können. Der Schaltkreis verwendet nicht-selbstverriegelnde Josephson-Elemente und liefert wahre und komplementäre Ausgangssignale an einem Paar von Ausgangsklemmen, wenn mindu^ens ein Paar einer Vielzahl von Paaren bestimmter Vors.röme an mehrere in Serie geschaltete Josephson-Elemente angelegt wird. Die Josephson-Elemente sind so angeordnet daß ein wahres Ausgangssignal an einem Ausgangskreis erscheint, der parallel zu einem Paar von Josephson-Elementen Hegt, während das Komplement des wahren Ausgangssignals an einem Ausgang abgenommen werden kann, der parallel zu einem mit entsprechend eingestelltem Vorstrom beaufschlagten Josephson-Element liegt, das seinerseits in Serie mit dem obenerwähnten Paar von Josephson-Elementen geschaltet ist. Das komplementäre Ausgangssignal wird erhalten, indem ein Teil des Ausgangsschaltkreises, der parallel zu dem Paar von Josephson-Elernenten liegt, als Steuerleitung für das Josephson-Element verwendet wird, das in Serie mit dem Paar von Josephson-Elementen geschaltet ist. Der Strom durch diesen als Steuerleitung dienenden Teil wirkt dann in entgegengesetzter Richtung wie ein Vorstrom und hat zur Folge, daß ein vorhandenes wahres Ausgangssignal den Stromfluß in dem Ausgangsschaltkreis unterdrückt, der das komplementäre Ausgangssignal liefert; dasselbe gilt auch für den umgekehrten Fall. Außer der Erzielung von wahren und komplementären Ausgangssignalen, <iie auch als UND-, NAND-, ODER-, und NOR-Ausgangssignale gekennzeichnet werden können, ist es möglich, diese gleichen Ausgangssignale auch an den Klemmen für die komplementären Ausgangssignale zu erhalten, indem einfach binäre Kombinationen von Vorströmen an die beiden Vorstroinleitungen gelegt werden, die zu dem logischen Schaltkreis gehören. Es ist also möglich, bei entsprechend gewählten Vorströmen die Eingangssigrifaie in einer UND-Verknüpfung zu erhalten; für eine andere Wahl der Vorströme können dieselben Eingangssignale jedoch nach der ODER-Regel miteinander verknüpft werden. Durch einfache Veränderung der Vorströme kann also ein und derselbe Schaltkreis zu verschiedenen 7.eiten für die gleichen oder verschiedene Eingangssignale verschiedene logische Funktionen erfüllen. Wird eine Große Anzahl derartiger Sehaltkrei· se in einer Datenverarbeitungsanlage Verwendet, so kann die spezielle Funktion eines jeden Schaltkreises von einem Zeitraster zum nächsten umprogrammiert werden, um so die Maschine in vollkommen neuer Weise zu konfigurieren und als gänzlich verschiedene Maschine erscheinen zu lassen. Eine derartige elektroni-The solution according to the invention is essentially an electronically changeable one logic circuit whose logic outputs change as a function of applied control signals can be. The circuit uses non-self-locking Josephson elements and provides true and complementary output signals on a pair of Output terminals, if at least one pair of a multiplicity of pairs of certain leading currents to several Josephson elements connected in series is applied. The Josephson elements are arranged so that a true output appears on an output circuit in parallel with a pair of Josephson elements While the complement of the true output signal is decreased at one output which can be parallel to a Josephson element charged with a correspondingly adjusted bias current which in turn is connected in series with the aforementioned pair of Josephson elements. That complementary output signal is obtained by adding part of the output circuit that runs in parallel with the Pair of Josephson parents lies as a control line is used for the Josephson element connected in series with the pair of Josephson elements. The current through this part, which serves as a control line, then acts in the opposite direction as one Bias current and has the consequence that an existing true output signal the current flow in the output circuit suppressed, which provides the complementary output signal; the same applies to the reverse case. In addition to achieving true and complementary output signals, also as AND, NAND, OR, and NOR output signals can be labeled, it is possible for them to be the same Output signals can also be obtained by adding to the terminals for the complementary output signals simply binary combinations of pre-currents are applied to the two pre-flow lines leading to the logic circuit. It is therefore possible to use the input graphics with appropriately selected pre-currents to be obtained in an AND operation; the same input signals can be used for a different choice of bias currents However, they can be linked with one another according to the OR rule. By simply changing the Bias currents can be one and the same circuit on different 7. sides for the same or different Input signals fulfill various logical functions. If a large number of such groups se used in a data processing system, the special function of each circuit can be reprogrammed from one time grid to the next, so that the machine is completely new Way to configure and make it appear as a completely different machine. Such an electronic

sehe Funktionsveränderung ist insbesondere für Anwendungen auf dem Gebiet der Datensicherheit (Geheimhaltung, scambling) von Bedeutung.see function change is particularly for applications important in the field of data security (confidentiality, scambling).

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to drawings.

Es zeigtIt shows

F i g. 1 das Blockdiagramm eines elektronisch steuerbaren logischen Schaltkreises, an dessen Ausgangsklemme Ausgangssignale verschiedener logischer Funktionen abgenommen werden können, wenn mindestens einem Paar von Eingängen Signale zugeführt werden. Durch einfache Veränderung der binären Vorströme an den Steuerklemmen des logischen Schaltkreises können die Eingangssignale entsprechend einer ODER-. NOR-. und NAND-Funktion miteinander verknüpft werden.F i g. 1 shows the block diagram of an electronically controllable logic circuit at its output terminal Output signals of various logic functions can be picked up, if at least signals are fed to a pair of inputs. By simply changing the binary pre-currents the control terminals of the logic circuit can receive the input signals according to an OR. NOR-. and NAND function can be linked together.

Fig. 2 in schematischer Darstellung einen Schaltkreis, der die erwähnten logischen Funktionen durch einfache Änderung der Vorströme erzeugen kann, die den umschaltbaren Elementen des Schaltkreises zugeführt werden. Im Schaltkreis der Fig. 2 können die umschaltbaren Elemente Josephson-Elemente sein.Fig. 2 is a schematic representation of a circuit that performs the aforementioned logic functions can generate a simple change in the bias currents fed to the switchable elements of the circuit will. In the circuit of FIG. 2, the switchable elements can be Josephson elements.

Fig. 3 zeigt die Wahrheitslabelle mit der Beziehung zwischen den Eingangssignalen, den elektronisch veränderbaren Vorströmen und den Ausgangssignalen, die an R 2 erhalten werden, wenn die an den Schaltkreis von Fig.2 angelegten Vorströme verändert werden. Aus der Tabelle ergibt sich, daß ein Ausgangssignal entsprechend einer Anzahl von gewünschten logischen Funktionen erhalten werden kann, indem einfach die an den Schaltkreis gelegten Vorslröme verändert werden.Figure 3 shows the truth table with the relationship between the input signals, the electronically variable bias currents and the output signals obtained at R 2 when the bias currents applied to the circuit of Figure 2 are varied. It can be seen from the table that an output corresponding to a number of desired logic functions can be obtained simply by changing the forward currents applied to the circuit.

F i g. 1 zeigt das Blockschaltbild eines elektronisch steuerbaren logischen Schaltkreises, an dessen Ausgang eine Anzahl verschiedener Ausgangssignale abgenommen werden kann, die verschiedene logische Funktionen darstellen und unabhängig von den binären Signalen sind, die mindestens einem Paar von Eingangsklemmen zugeführt werden. Block 1, der in Fig. 1 auch durch »logische Funktion« gekennzeichnet ist. soll eine beliebige Art von elektrischem Schaltkreis darstellen, in dem umschaltbare Kiemente enthalten sind, der auf elektrische, -m zugeführte Signale einwirken kann und dabei entsprechend der Schaltkreiskorifiguration in Block 1 ein Ausgangssignal erzeugt, das angibt, daß die Eingangssignale in einer bestimmten Weise logisch verarbeitet wurden. Für das Folgende sei angenommen, daß die binären Signale A. 5 dem Block 1 über die Leiter 3 und 4 zugeführt werden. Enthält dann der Block 1 einen ODER-Schaltkreis. so erscheint am Leiter 5 ein Ausgangssignal, wenn ein eine binäre »1« darstellendes Sginal an einen oder an beide Eingänge 3, 4 angelegt wird. Abhängig von dem gewünschten Ergebnis kann Ger Block 1 Schaltkreise enthalten, mit denen die logischen Funktionen UND, NAND. NOR oder auch komplexere Verknüpfungen durchgeführt werden können. Bis zu diesem Punkt entspricht die Beschreibung dem Stand der Technik. Danach wird die logische Funktion in Block 1 üblicherweise so ausgelegt, daß sie eine bestimmte logische Verknüpfung der Eingangssignale durchführt; die binären Eingangssignale können dabei verschieden sein, die logische Funktion als solche, die auf die Eingangssignale angewendet wird, bleibt aber unverändert.F i g. 1 shows the block diagram of an electronically controllable logic circuit, at the output of which a number of different output signals can be picked up which represent different logic functions and are independent of the binary signals which are fed to at least one pair of input terminals. Block 1, which is also identified in FIG. 1 by "logical function". is intended any type represent electric circuit, contained in the reversible Kiemente which may be applied to electrical, -m supplied signals, and generates according to the Schaltkreiskorifiguration in block 1, an output signal indicating that the input signals in a particular manner logically processed became. For the following it is assumed that the binary signals A. 5 are fed to block 1 via conductors 3 and 4. If block 1 then contains an OR circuit. an output signal appears on conductor 5 when a signal representing a binary "1" is applied to one or both inputs 3, 4. Depending on the desired result, Ger Block 1 can contain circuits with which the logical functions AND, NAND. NOR or more complex links can be carried out. Up to this point the description corresponds to the state of the art. Thereafter, the logic function in block 1 is usually designed in such a way that it carries out a specific logic combination of the input signals; the binary input signals can be different, but the logical function as such, which is applied to the input signals, remains unchanged.

Bis zu einem gewissen Grad wurde im Stand der Technik schon erkannt, daß die logische Funktion NOR dadurch verwirklicht werden kann, daß ein Schaltkreis in dem Zustand festgehalten wird, in dem er die UND-Funktion mit Hilfe eines Vorstromes als Anfangsbedingung erzeugt and dann Eingangssginale angelegt werden, um den Vorstrom abzuschalten. Der Stand der Technik hat also Schaltkreise zur Vorfügung gestellt, die zusätzlich zur ursprünglichen logischen Funktion eine weitere logische Funktion verwirklichen konnten, und zwar insoweit, als ein einziger Vorstrom oder ein sonstiges Vorspannsignal einem Schaltkreis zugeführt wurde, um damit dessen ursprüngliche logische Funktion in eine andere logische Funktion umzuwandeln. Bei einer derart naheliegenden Realisierung ist esTo a certain extent, it has already been recognized in the prior art that the logic function NOR can be implemented by holding a circuit in the state in which it generates the AND function with the aid of a bias current as an initial condition and then applies input signals to switch off the bias current. The state of the art has thus provided circuits that could implement a further logic function in addition to the original logic function, to the extent that a single bias current or other bias signal was fed to one circuit in order to convert its original logic function into another to convert logical function. With such an obvious realization it is

ίο jedoch klar, daß zur Erzielung mehr als zweier logischer Funktionen mindestens ein weiterer Schaltkreis mit einer verschiedenen Konfiguration in Block 1 notwendig sein würde, der sowohl seine eigenen Eingangs- und Ausgangsverbindungen aufweist, als auch seine eigene Vorstromsleuerung für die logische Funktion. Es ist also keine Schaltkreisanordnung bekannt, die an einem einzigen Ausgang Signale abgeben kann, die den logischen Funktionen UND. NAND, ODER und NOR entsprechen und die einfach dadurch erzeugt werden können, daü mindestens ein Paar von Vorsirömen von dem Steuerblock 6 für die logische Funktion über ein Paar von Vorstromleitungen 7 und 8 an den logischen Funktionsblock 1 in Fig. 1 angelegt werden. Fig. I soll nach alledem also allgemein eine Schaltkreisanordnung darstellen, die in der Lage ist, nach Anlegen von entsprechenden Vorströmen oder Vorspannsignalen zusätzlich zu einer bestimmten logischen Funktion eine Vielzahl von verschiedenen logischen Funktionen zu erfüllet;.ίο clear, however, that to achieve more than two more logical Functions at least one additional circuit with a different configuration in block 1 is necessary having its own input and output connections as well as its own Pre-flow control for the logical function. So there is no known circuit arrangement on a single output can emit signals that correspond to the logical functions AND. NAND, OR and NOR and which can be generated simply by having at least a pair of presirooms of the control block 6 for the logic function via a pair of bias lines 7 and 8 to the logic Function block 1 in Fig. 1 can be created. After all of this, FIG. 1 is intended to generally show a circuit arrangement represent, which is able, after applying appropriate bias currents or bias signals in addition to a specific logical function, a variety of different logical functions too fulfilled ;.

F i g. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Schaltkreisanordnung, die bei Anlegen von binären Vorströmen Ausgangssignale erzeugt, die den logischen Funktionen UND, NAND. ODER und NOR entsprechen. Es werden somit logische Übertragungsfunktion nen auf binäre Eingangssignale angewandt und Ausgangssignale entsprechend dem Ergebnis der Übertragungsfunktion erscheinen an den einzigen Ausgangsklemmen. In F i g. 2 sind für einander entsprechende Elemente dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet. Der gestrichelt dargestellte Block 1 in Fig.2 enthält also einen Schaltkreis 10, dem binäre Eingangssignale A. B über die Leiter 3 und 4 zugeführt werden und dessen Ausgang Ober die Leiter 5 abgenommen werden kann. Außerdem liefert der gestrichelt dargestellte Block 6 die Vorstromsteuerung für die logischen Funktionen über die Leiter 7 und 8 an den Schaltkreis 10. Der Schaltkreis 10 besteht aus einer Anzahl von stromgesteuerten umschaltbaren Elementen, beispielsweise die wohlbekannten Josephson-Ele-F i g. 2 shows a schematic representation of a circuit arrangement which, when binary bias currents are applied, generates output signals which correspond to the logical functions AND, NAND. OR and NOR correspond. Logical transfer functions are thus applied to binary input signals and output signals corresponding to the result of the transfer function appear at the only output terminals. In Fig. 2, the same reference numerals as in FIG. 1 are used for elements that correspond to one another. The block 1 shown in broken lines in FIG. 2 thus contains a circuit 10 to which binary input signals A. B are fed via the conductors 3 and 4 and the output of which can be tapped off via the conductors 5. In addition, the broken line block 6 supplies the bias current control for the logic functions via the conductors 7 and 8 to the circuit 10. The circuit 10 consists of a number of current-controlled switchable elements, for example the well-known Josephson elements.

mente. Im folgenden wird die Beschreibung des Schaltkreises 10 am Beispiel von Josephson-Elementen durchgeführt und es wird angenommen, oj3 die zugehörigen Schaltelemente so aufgebaut sind, daß sie bei Tieftemperaturen arbeiten können. Zum Schaltkreis 10 gehört ein Paar von Josephson-Elementen 11 und 12, die in Fig.2 auch mit J. Ji bezeichnet sind; diese Elemente sind in Reihe geschaltet und liegen parallel zu einer abgeschlossenen Übertragungsleitung 13. Die Übertragungsleitung 13 ist mit einem Widerstand 14 abgeschlossen, der gleich ihrer charakteristischen Impedanz 2Z₀ ist; der Widerstand ist in F i g. 2 mit R1 bezeichnetments. In the following, the description of the circuit 10 is carried out using the example of Josephson elements and it is assumed that the associated circuit elements are constructed in such a way that they can operate at low temperatures. The circuit 10 includes a pair of Josephson elements 11 and 12, which are also denoted by J. Ji in FIG. these elements are connected in series and are parallel to a terminated transmission line 13. The transmission line 13 is terminated with a resistor 14 which is equal to its characteristic impedance 2Z ₀ ; the resistance is in FIG. 2 denoted by R 1

Die Josephson-Elemente II, Hi werden über die Steuerleitungen 15 bzw. 16 gesteuert, wobei letztere ihrerseits mit den Leitern 3 bzw. 4 verbunden sind.The Josephson elements II, Hi are over the Control lines 15 and 16 controlled, the latter in turn being connected to conductors 3 and 4, respectively.

Fig.2 enthält ein Josephson-Etement 17 (das auch mit /2 bezeichnet ist) und das in Reihe mit den Josephson-Elementen 11 und 12 liegt. Alle dieseFig. 2 contains a Josephson etement 17 (the also with / 2) and which is in series with the Josephson elements 11 and 12. All these

Elemente werden von einer (nicht gezeigten) Stromquelle versorgt, die den in F i g. 2 mit dem Bezugszeichen Ig bezeichneten Arbeitsstrom liefert. Ein Teil 18 der abgeschlossenen Übertragungsleitung 13 ist so geführt, daß er mit dem Josephson-Element 17 elektromagnetisch gekoppelt ist. Der Teil 18 wird als Steuerleitung für das Element 17 verwendet. Das Josephson-Element 17 ist ebenso wie die Elemente 11 und ti parallel zu einer abgeschlossenen Übertragungsleitung 19 geschaltet* Die Übertragungsleitung 19 ist mit einem Widerstand 20 abgeschlossen, der gleich der charakteristischen Impedanz IZ_n der Übertragungsleitung 19 isi und in Fig. 2 mit R'l bezeichnet wird. Ein Paar von Vorstromleitern 21, 22 die elektromagnetisch gekoppelt mit den Josephson-Elementen /bzw. /1 und /2 sind, werden von den Vorstromquellen 23 bzw. 24 über die Leiter 7 bzw. 8 versorgt. Die Vorstromquellen 23,24 sind in F i g. 2 auch als Vorstrom 1 bzw. Vorstrom 2 bezeichnet und jede kann einen Strom liefern, der in dem zugehörigen Vorsiromieiter einen binären Charak- zu ter hat. Die Vorstromquellen 23, 24 können also Vorströme liefern, die einer binären »1« und einer binären »0« entsprechen. Später wird sich ergeben, daß die Art der Ausgangssignale vom Schaltkreis 10 ausschließlich durch die Natur der binären Vorströme bestimmt wird, die von den Stromquellen 23, 24 schließlich an die Steuerleitungen 15 und 16 gelangen. Bei den Stromquellen 23, 24 kann es sich um jede Art von gepulsten Stromquellen handeln, die zwei verschiedene Stromstärken erzeugen können; diese beiden Stromstärken können beispielsweise durch das Vornandcr.aein einer bestimmten Stromstärke und das Fehlen eines Stromes dargestellt sein. In F i g. 2 sind die Quellen 23, 24 mit dem Block 25 verbunden dargestellt, der als Steuerung für den Vorstrom bezeichnet ist. Bei der Steuerung für den Vorstrom 25 kann es sich dabei um einen programmierbaren Auslösekreis handeln, wie er üblicherweise auf dem Gebiet der Elektronik verwendet wird und der in der Lage ist. die Vorstromquellen 23,24 so einzustellen, daß zu jedem gegebenen Zeitpunkt -to Strompegel entsprechend »1« und »0« über die Leiter 7 bzw. 8 auf die Vorstromleitcr 21 bzw. 22 gegeben werden können. Für die meisten Anwendungen werden dabei im Normalfall die Vorströme während relativ langer Zeiträume an den Schaltkreis 10 angelegt werden. In Anwendungen betreffend Datensicherheit und Datenzerhackung können die Vorstrompegel jedoch auch mit sehr hoher Geschwindigkeit verändert werden. Den abgeschlossenen Übertragungsleitungen 13 und 19 ist ein Paar von Josephson-Elementen 26 bzw. 27 zugeordnet, die auch mit /3 bzw. /4 bezeichnet sind. Die Übertragungsleitungen 13 und 19 wirken als Steuerleiter für die Elemente 26 bzw. 27. Die Josephson-EIemente 26, 27 zeigen das Vorhandensein oder die Abwesenheit von Strom in den zugeordneten abgeschlossenen Übertragungsleitungen 13 bzw. 19 an. Das Umschalten eines der Elemente 26, 27 stellt den Abfühlvorgang für die Information in der üblich bekannten Weise dar.Elements are powered by a power source (not shown) which is the same as that shown in FIG. 2 with the reference character Ig supplies working current. A part 18 of the closed transmission line 13 is routed in such a way that it is electromagnetically coupled to the Josephson element 17. Part 18 is used as a control line for element 17. The Josephson element 17, like the elements 11 and ti, is connected in parallel to a terminated transmission line 19 * The transmission line 19 is terminated with a resistor 20 which is equal to the characteristic impedance IZ _{n of} the transmission line 19 and in Fig. 2 with R ' l is designated. A pair of pre-current conductors 21, 22 which are electromagnetically coupled to the Josephson elements / or. / 1 and / 2 are supplied from bias current sources 23 and 24 via conductors 7 and 8, respectively. The bias current sources 23, 24 are shown in FIG. 2 also referred to as Vorstrom 1 or Vorstrom 2 and each can deliver a current that has a binary character in the associated Vorsiromieiter. The bias current sources 23, 24 can thus supply bias currents which correspond to a binary “1” and a binary “0”. It will be seen later that the type of output signals from the circuit 10 is determined exclusively by the nature of the binary bias currents which finally reach the control lines 15 and 16 from the current sources 23, 24. The current sources 23, 24 can be any type of pulsed current source that can generate two different current intensities; These two currents can be represented, for example, by the leading edge of a certain current and the absence of a current. In Fig. 2, the sources 23, 24 are shown connected to the block 25, which is designated as the control for the bias current. The control for the bias current 25 can be a programmable trip circuit, as is commonly used in the field of electronics and which is capable. adjust the bias current sources 23, 24 so that at any given point in time current levels corresponding to "1" and "0" can be given via the conductors 7 and 8 to the bias current conductors 21 and 22, respectively. For most applications, the bias currents will normally be applied to the circuit 10 for relatively long periods of time. However, in applications relating to data security and data chopping, the bias current levels can also be changed at a very high speed. The terminated transmission lines 13 and 19 are assigned a pair of Josephson elements 26 and 27, which are also designated by / 3 and / 4, respectively. The transmission lines 13 and 19 act as control conductors for the elements 26 and 27. The Josephson elements 26, 27 indicate the presence or absence of power in the associated closed transmission lines 13 and 19, respectively. Switching over one of the elements 26, 27 represents the sensing process for the information in the usual known manner.

Die Elemente /bis /4 können aus jedem der wohlbekannten Arten von Josephson-Elementen bestehen, es kann aber auch jedes dieser Elemente seinerseits aus mehreren Josephson-Elementen in einer sogenannten Interferometer-Anordnung bestehen. Außerdem sind alle Verbindungsleitungen, wie z. B. die Obertragungsleitungen 13, 19, die Steuerleiter 15, 16 und die Vorstromleiter 21,22 aus Materialien hergestellt die bei der Temperatur von flüssigem Helium (ungefähr 4,2° Kelvin) supraleitend sind. Die Überlragungsleitungen können aber auch aus Metallen bestehen, die bei derartigen Temperaturen noch normalleitend sind. Typische Josephson-EIemente und deren Verbindungen die zum Aufbau der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind im US-Patent 37 58 795 beschrieben. Ein typisches Herstellverfähren für Josephson-EIemente ist im US-Patent 38 49 276 angegeben. Widerstandsbehaftete Abschlüsse 14 und 20, die bei der Betriebstemperatur des Schaltkreises nicht supraleitend sein dürfen, können aus kompatiblen Materialien hergestellt werden, die bei der gewünschten Betriebstemperatur noch normalleitend sind. Das US-Patent 39 13 120 nennt ein Material und ein Herstellungsverfahren für eine Schaltung und einen Abschlußwiderstand, wie er hier erforderlich ist.The elements / through / 4 can consist of any of the well-known types of Josephson elements, however, each of these elements can in turn consist of several Josephson elements in a so-called Interferometer arrangement exist. aside from that are all connecting lines, such as B. the transmission lines 13, 19, the control conductors 15, 16 and the pre-current conductors 21, 22 made of materials that are used in the temperature of liquid helium (about 4.2 ° Kelvin) are superconducting. The transmission lines but can also consist of metals that are still normally conductive at such temperatures. Typical Josephson Elements and their compounds used to make up the present invention are described in US Pat. No. 3,758,795. A typical manufacturing process for Josephson elements is set forth in U.S. Patent 3,849,276. Resistance terminations 14 and 20, which are used in the Operating temperature of the circuit may not be superconducting, can be made of compatible materials can be produced at the desired operating temperature are still normally conductive. US Pat. No. 3,913,120 names a material and a manufacturing method for a circuit and a terminating resistor, as is required here.

Die Josephson-EIemente der Schaltung 10 befinden sich in dem typischen supraleitenden Zustand ohne Spannungsabfall, wenn ein Strom Ig> der kleiner als ein Bestimmter Maximalwert isi, ungeiegi wifd und ifi einem normalleitenoen, spannungsbehafteten oder umgeschalteten Zustand, wenn der angelegte Strom diesen Maximalwert überschreitet; ein Umschalten kann auch beim gleichen Wert von l_g erfolgen, wenn mit Hilfe einer zugeordneten Steuerleitung der Maximalstrom herabgesetzt wird, bei dem das Element in seinen normalleitenden Zustand umschaltet. Die Elemente des Schaltkreises 10 unterscheiden sich in ihrem Betrieb also in keiner Weise von den üblichen Elementen. Außerdem sind die Elemente infolge des Werts der Widerstände Ri und R2 in bekannter Weise selbst zurücksetzend, d. h. sie kehren nach dem Umschalten in den supraleitenden Zustand zurück, ohne daß es nötig wäre, den Arbeitsstrom auf Null herabzusetzen.The Josephson elements of the circuit 10 are in the typical superconducting state with no voltage drop when a current Ig> which is less than a certain maximum value isi, uniegi wifd and ifi a normalconducting, energized or switched state when the applied current exceeds this maximum value; a switchover can also take place at the same value of l _g if the maximum current at which the element switches to its normally conducting state is reduced with the aid of an assigned control line. The elements of the circuit 10 therefore do not differ in their operation in any way from the usual elements. In addition, as a result of the value of the resistors Ri and R2 , the elements are self-resetting in a known manner, ie they return to the superconducting state after switching over without it being necessary to reduce the operating current to zero.

Die Arbeitsweise der elektronsich änderbaren nicht selbstverriegelnden logischen Schaltkreise der vorliegenden Erfindung wird nun anhand der Fig. 2 und 3 näher beschrieben. Fig. 3 ist eine Wahrheitstabelle in der die Beziehung zwischen folgenden Größen angegeben sind: den Eingangssignalen, den elektronisch veränderbaren Vorströmen und den Ausgangssignalen die erhalten werden, wenn die an den Schaltkreis von Fig.2 angelegten Vorströme geändert werden. Zuerst soll der Schaltkreis 10 in dem Zustand betrachtet werden, in dem auf den Vorstromleitungen 21 und 22 keine Ströme fließen und auf den Steuerleitern 15 und 16 Signale vorhanden sind, die einer binären »0« entsprechen. Unter diesen Bedingungen und der weiteren Annahme, daß in den Elementen J, JX und /2 ein Strom l_g fließt, befinden sich alle diese Elemente in ihrem supraleitenden Zustand. Durch jedes der(Josephson-EIemente fließt somit der Strom l_g und an keinem der Abschlußwiderstände All, R2 kann ein Strom erscheinen. Jetzt soll der Pegel »0« der Vorströme in den Stromquellen 23,24 beibehalten werden und an den Steuerleiter 15 ein Signal entsprechend einer binären »1«, an den Steuerleiter 16 ein Signal entsprechend einer binären »0« angelegt werden; diese Signale sind in F i g. 2 und F i g. 3 auch mit Eingang A bzw. Eingang B bezeichnet. Unter diesen Umständen wird infolge der Herabsetzung des MaximalstPDms für das Umschalten von Josephson-Element 11 unterhalb den Wert T₈. durch die Anwesenheit eines Eingangssignals A auf dem Steuerleiter 15 das Josephson-Element 12 in den normalleitenden Zustand umschalten und dann einen hohen Widerstand für den Strom I_g darstellen, der deshalb in die Übertragungsleitung 13 und den Abschlußwiderstand 14 abgelenkt wird. Der abgelenkteThe operation of the electronically changeable non-self-locking logic circuits of the present invention will now be described in greater detail with reference to FIGS. Figure 3 is a truth table showing the relationship between the input signals, the electronically variable bias currents, and the output signals obtained when the bias currents applied to the circuit of Figure 2 are changed. First, the circuit 10 shall be considered in the state in which no currents are flowing on the bias current lines 21 and 22 and signals are present on the control conductors 15 and 16 which correspond to a binary "0". Under these conditions and the further assumption that a current I _g flows in the elements J, JX and / 2, all of these elements are in their superconducting state. Through each of the (Josephson EIemente thus the current flows l _g and at any of the termination resistors All, R2, a current appear. Now the level "0" to the bias currents are maintained in the current sources 23,24 and to the control conductor 15 a signal corresponding to a binary “1”, a signal corresponding to a binary “0” can be applied to the control conductor 16. These signals are also designated as input A and input B in FIGS. 2 and 3. Under these circumstances As a result of the reduction in the maximum tPDms for switching Josephson element 11 below the value T _8, the presence of an input signal A on control conductor 15 switches Josephson element 12 to the normally conducting state and then a high resistance for current I _g which is therefore deflected into the transmission line 13 and the terminating resistor 14. The deflected

Strom, der in der Übertragungsleitung 13 fließt, gelangt auch durch den Teil 18 dieser Leitung und bewirkt das Umschalten vom Element /2, das seinerseits den Strom ig in die Übertragungsleitung 19 und den Abschluß-Widerstand R₂ ablenkt. Wie früher schon festgestellt, wirkt nämlich der Teil 18 der Übertragungsleitung 13 als Steuerleiter für das Josephson-Element /2. An den Übertragungsleitungen 13 und 19 erscheint also ein Ausgangssigna» das in der Lage ist, die zugehörigen Abfühlelement /3 und /4 als Folge des Anlegens eines einzelnen Eingangssignals an das Element /1 umzuschalten. Legt man an den Steuerleiter 16 ein Signal binär »1« und an den Steuerleiter 15 ein Signal binär »0« so ergibt sich eine ähnliche Betriebsweise und ähnliche Ausgangssignale. Auch wenn die Eingangssignale A und Bbeide binär»1« sind, ändert sich am Betrieb nichts und an den Abfühlelementen /3, /4 erscheinen ähnliche Ausgangssignale.Current flowing in transmission line 13 also passes through part 18 of this line and causes the switching of element / 2, which in turn deflects the current ig into transmission line 19 and terminating resistor R _2. As stated earlier, namely, the part 18 of the transmission line 13 acts as a control conductor for the Josephson element / 2. An output signal thus appears on the transmission lines 13 and 19 which is able to switch the associated sensing elements / 3 and / 4 as a result of the application of a single input signal to the element / 1. If a binary “1” signal is applied to the control conductor 16 and a binary “0” signal is applied to the control conductor 15, the result is a similar mode of operation and similar output signals. Even if the input signals A and B are both binary "1", the operation does not change and similar output signals appear at the sensing elements / 3, / 4.

Die Übertragungsfunktion oder die logische Funktion des Schaltkreises 10 kann durch sein Verhalten bezüglich der angelegten Eingangssignale bestimmt werden. Ergibt sich ein Ausgangssginal. wenn eine binäre »1« an den Eingang A oder den Eingang ßoder beide Eingänge A und B angelegt wurde, so stellt dies die klassische Definition einer ODER-Funktion dar; diese Funktion ist also verwirklicht, wenn an die Vorstromleiter 21,22 keine Vorströme angelegt sind.The transfer function or the logical function of the circuit 10 can be determined by its behavior with respect to the applied input signals. The result is an output signal. if a binary "1" was applied to input A or input ß or both inputs A and B , this represents the classic definition of an OR function; this function is thus realized when no bias currents are applied to the bias current conductors 21, 22.

Untersucht man das Verhalten des Schaltkreises 10. wenn binäre Vorströme »l« von den Quellen 23, 24 an die Leiter 21 bzw. 22 angelegt werden, so stellt man fest, daß dann der Schaltkreis 10 die UND-Funktion darstellt wenn die Eingänge A und B mit den in F i g. 3 gezeigten vier Möglichkeiten an die Steuerleiter 15 bzw. 16 angelegt werden. Sind die Vorstromleiter 21, 22 mit binären »1« Strompegeln beaufschlagt und liegen an den Eingängen A und B Signale entsprechend binär »0« so befinden sich die Elemente /, /1 im normalleitenden Zustand während das Element /2 im supraleitenden Zustand ist. /2 befindet sich im supraleitenden Zustand, da der Vorstrom auf dem Leiter 22 durch den in Teil 18 fließenden Strom aufgehoben wird. Der letztgenannte Strom ergibt sich aus der Ablenkung des Stroms in die Übertragungsleitung 13 durch die umgeschalteten Elemente /. /1 als Ergebnis des Vorstroms mit binär »1« auf dem Vorstromleiter 21. Das Abfühlelement /4 bleibt also im supraleitenden Zustand, während das Abfühlelement /3 infolge des Vorhandenseins von Strom in der Übertragungsleitung 13 in den normalleitenden Zustand umgeschaltet ist. Da keine Eingangssignale an den Elementen /. /1 anliegen, ergibt sich auf der Übertragungsleitung 19 und dem Abschlußwiderstand R 2 kein Ausgangssignai, während in der Übertragungsleitung 13 und dem Abschlußwiderstand R1 ein Ausgangssignal erscheint Die wahren Eingangssignale sind somit an R 2 abgreifbar, die Komplemente der Eingangssignale sind an R 1 vorhanden. Eine der eben beschriebenen ähnliche Arbeitsweise des Schaltkreises ergibt sich, wenn die binären Eingangssignale 1,0 und 0,1 als Eingänge A bzw. B den Steuerleitern 15 bzw. 16 zugeführt werden. Weisen jedoch beide Eingänge Λ und ßden Binärwert »1« auf, so reichen beide aus, um den an den Vorstromleiter 21 angelegten Vorstrom aufzuheben. Der Strom wird aus diesem Grund erneut zu den Elementen /, /1 zurückgelenkt und der an Element /2 über den Teil 18 angelegte Vorstrom aufgehoben, so daß Element /2 als Folge des Vorhandenseins einer binären »1« auf dein Vorstroniieiter 22 in den normalleitenden Zustand umschaltet Der Strcui I_x wird in die Übertragungsleitung 19 und deft Widerstand R 2 abgelenkt und zwar als Folge des Umschalters von /2 in den normalleitei(den Zustand. Das Vorhandensein von Strom in der Übertragungsleitung 19 schaltet das Abfühlelement /4 um. Zur gleichen Zeit ist infolge fehlenden Stroms in der Übertragungsleitung 13 das Abfühlelement /3 in den supraleitenden Zustand zurückgekehrt. Das Ausgangssignal wurde dabei am Widerstand R2 abgenommen und zwar als nichtIf one examines the behavior of the circuit 10 when binary bias currents "1" are applied from the sources 23, 24 to the conductors 21 and 22, respectively, one finds that the circuit 10 then represents the AND function when the inputs A and B with the in F i g. 3 can be applied to the control conductors 15 and 16, respectively, four possibilities shown. If the bias current conductors 21, 22 have binary "1" current levels applied to them and if there are binary "0" signals at the inputs A and B , the elements /, / 1 are in the normally conducting state while the element / 2 is in the superconducting state. / 2 is in the superconducting state, since the bias current on conductor 22 is canceled by the current flowing in part 18. The latter current results from the deflection of the current in the transmission line 13 by the switched elements /. / 1 as the result of the bias current with binary "1" on the bias current conductor 21. The sensing element / 4 thus remains in the superconducting state, while the sensing element / 3 is switched to the normally conducting state due to the presence of current in the transmission line 13. Since there are no input signals at the elements /. / Rest 1, stems on the transmission line 19 and the terminating resistor R 2 is not Ausgangssignai, while in the transmission line 13 and the terminating resistor R 1, an output signal appears, the true input signals are thus tapped off at R 2, the complements of the input signals are present on R 1 . A mode of operation of the circuit similar to that just described results when the binary input signals 1,0 and 0,1 are fed as inputs A and B to the control conductors 15 and 16, respectively. However, if both inputs Λ and ß have the binary value “1”, then both are sufficient to cancel the bias current applied to the bias current conductor 21. For this reason, the current is again directed back to the elements /, / 1 and the bias current applied to element / 2 via part 18 is canceled, so that element / 2 as a result of the presence of a binary "1" on your bias conductor 22 in the normally conducting State switched The Strcui I _x is deflected into the transmission line 19 and deft resistor R 2 as a result of the switch from / 2 to normalleitei (the state. The presence of current in the transmission line 19 switches the sensing element / 4. At the same time Time, the sensing element / 3 has returned to the superconducting state as a result of the lack of current in the transmission line 13. The output signal was then picked up at the resistor R2 as not

ίο invertiertes Signal der Eingangssignale A und B, Während das Komplement derselben Eingangssignale am Ausgang R 1 erscheint. Aus Fig.3 ergibt sich, daß die Übertragungs- oder logische Funktion die klassische Definition eines UND-Schaltkreises erfüllt. Solange also nicht beide Eingänge A und B vorhanden sind, erscheint an R 2 kein Ausgang und nur für den Fall, daß beide Eingänge vorhanden sind, kann an Λ 2 ein Ausgangssignal abgenommen werden. Durch einfaches Anlegen verschiedener Vorströme an eine gegebene Schaltkreisίο inverted signal of input signals A and B, while the complement of the same input signals appears at output R 1. From Figure 3 it can be seen that the transfer or logic function fulfills the classic definition of an AND circuit. As long as both inputs A and B are not present, no output appears at R 2 and only in the event that both inputs are present, an output signal can be picked up at Λ 2. By simply applying different bias currents to a given circuit

anordnung kann also die Übertragungs- oder logische Funktion dieses Schaltkreises geändert werden.arrangement, the transmission or logic function of this circuit can be changed.

Als weiteres Beispiel sollen an den Schaltkreis von Fig.2 mit den Vorstromleitern 21 bzw. 22 über die Stromquellen 23, 24 Vorstrompegel »0« und »1« angelegt werden. Werden unter diesen Bedingungen die beiden Eingänge A und ßmit binären »0« beaufschlagt, so bleiben die Elemente /. /1 im supraleitenden Zustand und es wird kein Strom an den AbschluBwiderstand R 1 abgelenkt. Infolge des Strompegels binär »1« an Leiter 22 schaltet jedoch das Element /2 um und liefert einen Strom Ig an den Abschlußwiderstand R 2. Das Umschalten von /2 folgt, da ein Strom im Vorstromleiter 22 fließt, jedoch kein Strom im Teil 18 der Übertragungsleitung 13. Somit schaltet das Element /4 um. während das Element /3 nicht umschaltet. Die Abwesenheit eines Eingangssignals A. B führt also zu einem Ausgangssignal bei R 2 und legt damit die Möglichkeit einer NOR- oder NAND-Funktion für die Eingangssignale nahe. Es sollte auch hier darauf geachtet werden, daß an R 2 das wahre, nicht invertierte Signal erscheint, während das Komplement des Signals an R 1 erscheint.As a further example, bias current levels “0” and “1” are to be applied to the circuit of FIG. If binary “0” is applied to both inputs A and ß under these conditions, the elements / remain. / 1 in the superconducting state and no current is diverted to the terminating resistor R 1. As a result of the current level binary "1" on conductor 22, however, the element / 2 switches over and supplies a current Ig to the terminating resistor R 2. Switching from / 2 follows because a current flows in the bias current conductor 22, but no current in part 18 of the Transmission line 13. Thus the element / 4 toggles. while the element / 3 does not switch. The absence of an input signal A. B thus leads to an output signal at R 2 and thus suggests the possibility of a NOR or NAND function for the input signals. It should also be ensured here that the true, non-inverted signal appears at R 2 , while the complement of the signal appears at R 1.

Bei gleicher Wahl der Von>tröme ergeben sich bei binären Eingängen 1.0 und 0.1 und 1.1 am Widerstand R 2 die Ausgangssignale »0«. am Widerstand R1 dagegen die Ausgangssginale »1«. Empfangen beide Eingänge A und B eine binäre »1«. so sind ersichtlich beide Elemente / und /1 umgeschaltet und lenken Strom in den Teil 18 ab, der zusammen mit Vorstrom 2 ein resultierendes Steuerfeld »Null« am Element /2 ergibt Das Element /2 kehrt aiso in den supraleitenden Zustand zurück und der Strom wird von der Übertragungsleitung 19 in dieses Element zurückverlagert Dasselbe ergibt sich mit den übrigen beiden Eingangssignal-Kombinationen. Für die Ausgangssigna-Ie am Widerstand R 2 ist damit die klassische Definition eines NOR-Schaltkreises erfüllt Ist das eine, das andere oder sind beide Eingangssignale binär »1«, so erscheint am Widerstand R 2 kein Ausgangssignal. Wiederum kann durch alleiniges Ändern der Vorströme eine vollkommen verschiedene logische Funktion für die Eingangssignale erzeugt werden.With the same choice of flow currents, binary inputs 1.0 and 0.1 and 1.1 result in output signals "0" at resistor R 2. on the other hand, the output signal "1" at resistor R 1. Both inputs A and B receive a binary "1". both elements / and / 1 are clearly switched and divert current into part 18 which, together with bias current 2, results in a resulting control field "zero" on element / 2. Element / 2 returns to the superconducting state and the current becomes shifted back from the transmission line 19 into this element. The same applies to the other two input signal combinations. For the output signals at resistor R 2, the classic definition of a NOR circuit is fulfilled. If one, the other or both input signals are binary "1", then no output signal appears at resistor R 2. Again, by simply changing the bias currents, a completely different logic function can be generated for the input signals.

Mit der letzten noch ausstehenden Kombination von Vorströmen, 1,0 auf den Vorstromleitern 21 bzw. 22 kann am Ausgang R 2 die NAND-Funktion nachgewiesen werden. Mit einer binären »1« auf dem Leiter 21 und binär »0« für die Eingänge A und B befinden sich die ITIamanta T T1 im nnnnqltoifanflan Tiirtqn/1 i*nri Aar With the last remaining combination of pre-currents, 1.0 on the pre-current conductors 21 and 22, the NAND function can be demonstrated at output R 2. With a binary "1" on conductor 21 and binary "0" for inputs A and B , the ITIamanta T T1 are located in the nnnnqltoifanflan Tiirtqn / 1 i * nri Aar

ljll,Iil\»Ill^. /, J X »SI UVIt:iCUt\.lLVIIU».tl CJUOUUIU UlIX* W*.t Strom wird in die Übertragungsleitung 13 und deren ljll, Iil \ »Ill ^. /, J X »SI UVIt: iCUt \ .lLVIIU» .tl CJUOUUIU UlIX * W * .t Current is in the transmission line 13 and its

Teil 18 ?bgelenl-.t Da der Vorsfrom auf dem Leiter 22 den Bsiläfpegel »0« aufweist, wird das Element /2 infolge des Stromflusses in Teil 18 zi;m normalleitenden Zustand umgeschaltet, um damit Strom in den Abschlußwklerstand R 2 abzulenken, der seinerseits das Abfühlelement /4 in den normalleitenden Zustand umschaltet. Da die Anwesenheit von nur einem binären Eingangssignal bei den Eingängen A und B zur Kompression des Vorstroms im Leiter 21 nicht ausreicht, bleibt eines der Elemente / oder /1 im nofmalleitenden Zustand und es erscheint am Abschlußwiderstand R 2 für die Binäreingänge 1,0 und 0,1 in gleicher Weise wie oben beschrieben ein Ausgangssignal. Sind jedoch die Binäreingangssignale am Eingang A und B beide auf dem Wert binär »1« so wird der Vorstrom auf dem Leiter 21 kompensiert und die Elemente J, Ji kehren in den supraleitenden Zustand zurück. Dann erscheint aber kein Strom im Teil 18 der Übertragungsleitung 13 und das Element /2 kehrt bei Abwesenheit eines Vorstroms im Leiter 22 in den supraleitenden Zustand zurück. Sind also beide Eingänge A und B mit Signalen beaufschlagt, die binär »1« entsprechen, so erscheint am Abschluß Λ 2 kein Ausgangssignal. Damit ist die übliche Definition einer NAND-Funktion erfüllt, bei der nur dann ein Ausgangssginal erscheint, wenn beide Binäreingänge nicht vorhanden sind, nicht aber wenn, das eine oder das andere oder beide Eingangssignale vorhanden sind.Part 18? Bgelenl-.t Since the pre-form on the conductor 22 has the Bsiläf level "0", the element / 2 is switched as a result of the current flow in part 18 to the normally conducting state in order to divert current into the terminating switch R 2 , the in turn, the sensing element / 4 switches over to the normally conducting state. Since the presence of only one binary input signal at the inputs A and B is not sufficient to compress the bias current in the conductor 21, one of the elements / or / 1 remains in the normally conductive state and it appears at the terminating resistor R 2 for the binary inputs 1.0 and 0 , 1 an output signal in the same way as described above. However, if the binary input signals at input A and B both have the value binary "1", the bias current on conductor 21 is compensated and the elements J, Ji return to the superconducting state. But then no current appears in part 18 of transmission line 13 and element / 2 returns to the superconducting state in the absence of a bias current in conductor 22. If both inputs A and B have signals that correspond to binary "1", then no output signal appears at termination Λ 2. This fulfills the usual definition of a NAND function, in which an output signal only appears when both binary inputs are not available, but not when one or the other or both input signals are available.

Wenn die Eingangssignale der logischen Funktion NAND unterworfen werden, ist zu beachten, daß an den Abschlüssen R 1 und R 2 beidesm^l dieselben Ausgangssignale erscheinen und somit in diesem Fall nicht gleichzeitig das wahre und das komplementäre Signal zur Verfugung stehen. Dasselbe gilt auch in dem Fall der logischen Funktion ODER, obwohl dies früher nicht ausdrücklich gesagt wurde. Es stehen jedoch Ausgangssignale aller vier logischen Funktionen zur Verfügung, da nach dem obengesagten bei der Anwendung der UND- und NOR-Funktionen der wahre (nicht invertierte) Ausgang an Λ 2 erscheint, das Komplement der Signale aber an R 1. Wenn sowohl die wahren als auch die komplementären Ausgangssginale zur Verfugung stehen, ist entweder /2 oder sowohl / und /1 m, normalleitenden Zustand, v/odurch sich an den in Reihe geschalteten Josephson-Elementen ein im wesentlichen konstanter Spannungsabfall einstellt. Da die fraglichen Elemente aufgrund des Wertes der Abschlußwiderstände Ri, R 2 sich selbst zurücksetzen, so da'! jedes der Elemente auf eine Spannung unterhalt der Lückenspannung zurückschaltet, ergibt die Anordnung von zwei Elementen in Reihe, nicht wie zu erwarten den doppelten Spannungsabfall eines Elements; beim Umschalten eines Paares oder mehrerer Elemente ergibt sich tatsächlich nur ein Spannungsabfall, der nur wenig größer ist als der Spannungsabfall an einem einzelnen Element. Das Umschalten eines Elements in ü'en normalleitenden Zustand unter gleichzeitiger Beibehaltung der supraleitenden Zustände anderer Elemente und umgekehrt ergibt somit einen im wesentlichen konstanten Spannungsabfall über diese Gruppe von Elementen und man erhält eine Stromregelung. Diese Regelung wird in dem Schaltkreis erzielt, wenn die UND- und NOR-Funktionen ausgeführt werden. Für die ODER- und NAND-Funktionen kann ein zusätzliches in F i g. 2 gestrichelt dargestelltes Josephson-Element 28 mit zugehöriger Vorstromlei tung 29 in Reihe mit den Elementen /, /1 und /2 geschaltet werden. Teil 18 der Übertragungsleitung 13 kann entsprechend der gestrichelten Darstellung in F i g. 1 um den Teil 18' zur Steuerung des Elements 28 in gleicher Weise wie Element /2 verlängert werden. Das zusätzliche Element 28 kann dann bezüglich der Elemente /, /1 und /2 in umgekehrter Richtung durch Anlegen von entsprechend zeitlich gesteuerten Vorströmen auf die Leitung 29 und Teil 13' gesteuert werden.If the input signals are subjected to the logic function NAND, it should be noted that both the same output signals appear at the terminations R 1 and R 2 and thus in this case the true and the complementary signal are not available at the same time. The same is true in the case of the logical function OR, although this was not expressly stated earlier. However, output signals of all four logic functions are available, since according to the above, when using the AND and NOR functions, the true (non-inverted) output appears at Λ 2, but the complement of the signals appears at R 1. If both the true and the complementary output signals are available, is either / 2 or both / and / 1 m, normally conducting state, v / o as a result of which an essentially constant voltage drop is established across the Josephson elements connected in series. Since the elements in question reset themselves based on the value of the terminating resistors Ri, R 2, so there '! each of the elements switches back to a voltage below the gap voltage, the arrangement of two elements in series does not result in double the voltage drop of an element, as is to be expected; when switching a pair or several elements, there is actually only one voltage drop that is only slightly greater than the voltage drop across a single element. Switching an element to a normally conducting state while simultaneously maintaining the superconducting states of other elements and vice versa thus results in an essentially constant voltage drop across this group of elements, and current regulation is obtained. This regulation is achieved in the circuit when the AND and NOR functions are carried out. For the OR and NAND functions, an additional one shown in FIG. 2 Josephson element 28 shown in dashed lines with associated Vorstromlei device 29 in series with the elements /, / 1 and / 2 are connected. Part 18 of the transmission line 13 can according to the dashed line in FIG. 1 can be extended by the part 18 'for controlling the element 28 in the same way as element / 2. The additional element 28 can then be controlled in the opposite direction with respect to the elements /, / 1 and / 2 by applying appropriately timed pre-currents to the line 29 and part 13 '.

Der bisher am Beispiel von zwei Eingangssignalen dargestellte Sachverhalt läßt sich ohne weiteres auf Schaltungen mit mehr als zwei Eingangssignalen erweitern. Die Hinzufügung von mehr Eingangssignalen ändert d«e Übertragungsfunktion, der diese Signale unterworfen werden nicht, da die Funktion unabhängig von der Zahl der Eingangssignal ist.The facts presented so far using the example of two input signals can easily be explained Expand circuits with more than two input signals. The addition of more input signals does not change the transfer function to which these signals are subjected, since the function is independent on the number of input signal is.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (12)

Patentansprüche;Claims; 1. Logische Verknüpfungsschaltung mit Josephson-EIementen als stromgesteuerte Umschaltelemente, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:1. Logical connection circuit with Josephson elements as current-controlled switching elements, characterized by the following Characteristics: a) eine Reihenschaltung von umschaltbaren Elementen (11, 12, bzw. J, Ji Fig.2) mit jeweils einer ersten Steuereinrichtung (15, 16) zum Anlegen des Eingangssignais (A, B)'und einer allen Elementen gemeinsamen zweiten Steuereinrichtung (21),a) a series connection of switchable elements (11, 12, or J, Ji Fig. 2), each with a first control device (15, 16) for applying the input signal (A, B) 'and a second control device (21 ), b) ein mit der Reihenschaltung in Reihe geschaltetes weiteres Umschaltelement (17, bzw. /2) mit einer dritten (18) und einer vierten (22) Steuereinrichtung,b) a further switching element (17, or / 2) connected in series with the series connection a third (18) and a fourth (22) control device, c) einer ersten parallel zur Reihenschaltung liegenden abgeschlossenen Übertragungsleitung {13,14) deren einer Teil (18) mit der dritten Steuereinrichtung des weiteren Urnschslteie mems elektromagnetisch gekoppelt ist und die eine zugeordnete Abfühleinrichtung (26 bzw. /3) enthält,c) a first terminated transmission line lying parallel to the series connection {13,14) of which one part (18) with the third Control device of the further supply chain mems is electromagnetically coupled and the associated sensing device (26 or / 3) contains, d) einer zweiten, parallel zum weiteren Umschaltelement liegenden abfeschlossenen Übertragungsleitung (19, 20) mit zugeordneten Abfühlelementen (27 bzw. /4),d) a second, parallel to the further switching element lying closed transmission line (19, 20) with associated sensing elements (27 or / 4), e) Einrichtungen (23, 24, 25) zur Beaufschlagung der zweiten Steuereinrichtung (21) und der vierte · Steuereinrichtung (22) mit Steuersignalen zur elektronischen änderung der logischen Funktion der Verknüpfungsschaltung.e) devices (23, 24, 25) for acting on the second control device (21) and the fourth control device (22) with control signals for electronic change of the logic Function of the logic circuit. 2. Verknüplungsscho.nung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stromgesteuerten Umschaltelemente Josephson-Elemente des nichtselbstverriegelr.den Typs sind.2. Linkage Scho.nung according to claim 1, characterized in that the current-controlled switching elements are Josephson elements of the non-self-locking system Type are. 3. Verknüpfungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen der Josephson-Elemente Steuerleitungen sind, die über dem aktiven Bereich der Josephson-Kontakte angeordnet sind.3. Combination circuit according to claim 2, characterized in that the control devices of the Josephson elements are control lines over the active area of the Josephson contacts are arranged. 4. Verknüpfungsschaltungen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen erster Übertragungsleitung (13) und dritten Steuerleitungen (18) des weiteren losephson-Elements eine galvanische ist.4. logic circuits according to claim 3, characterized in that the coupling between first transmission line (13) and third control lines (18) of the further losephson element a galvanic one. 5. Verknüpfungsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (23,24, 25) zur Beaufschlagung der zweiten und vierten Steuerleitung voneinander unabhängig steuerbare Quellen konstanten Stroms sind.5. logic circuit according to claim 4, characterized in that the device (23,24, 25) to act on the second and fourth control line independently controllable Sources of constant current are. 6. Verknüpfungsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Quellen konstanten Stroms (23,24) ihrerseits durch eine Steuerschaltung (25) zeitlich gesteuert werden.6. Combination circuit according to claim 5, characterized in that the sources are constant Stroms (23,24) are in turn time-controlled by a control circuit (25). 7. Verknüpfungsschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzliches, in Reihe zum weiteren Umschaltelement geschaltetes Umschaltelement (28) Vorgesehen ist, das zwei Steuereinrichtungen (18', 29) aufweist, deren eine (18') elektromagnetisch gekoppelt mit der ersten Übertragungsleitung (13, 14) ist, deren andere Steuereinrichtung frei steuerbar ist, wobei das zusätzliche Umschaltelement zur Erzeugung eines konstanten Spannungsabfalls der gesamten Reihenschaltung von Umschalt7. logic circuit according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that that an additional switching element connected in series with the further switching element (28) It is provided that two control devices (18 ', 29), one (18') of which is electromagnetically coupled to the first transmission line (13, 14), the other control device of which is freely controllable, the additional switching element to generate a constant voltage drop across the entire series connection of switching elementen dientelements 8. Verknüpfungsschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch Beaufschlagen der zweiten Steuereinrichtung (21) mit dem Binärwert »0« und der vierten Steuereinrichtung (22) mit dem Binärwert »1« am Abfühlelement der ersten Übertragungsleitung (26, 73) die logische Funktion am ODhR-Abfühlelement der zweiten Übertragungsleitung (27, /4) die logische Funktion NOk verwirklicht ist8. logic circuit according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that that by applying the second control device (21) with the binary value "0" and the fourth control device (22) with the binary value "1" on the sensing element of the first transmission line (26, 73) the logic function on the ODhR sensing element of the second transmission line (27, / 4) the logical function NOk is realized 9. Verknüpfungsschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß durch Anlegen von binären Steuersignalen »1« an die zweite und vierte Steuereinrichtung am Abfühlelement der ersten Übertragungsleitung die logische Funktion NAND, am Abfühlelement der zweiten Übertragungsleitung die logische Funktion UND verwirklicht ist9. Linking circuit according to one or more of claims 1 to 7, characterized that by applying binary control signals "1" to the second and fourth control device at the sensing element of the first transmission line the logic function NAND, at the sensing element the logical function AND is realized on the second transmission line 10. Verknüpfungsschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, da" durch Anlegen der binären Steuersignale »0« an die zweite und vierte Steuereinrichtung am Abfühlelement der ersten und zweiten Übertragungsleitung (27, /4) die logische Funktion ODER verwirklicht ist.10. Linking circuit according to one or more of claims I to 7, characterized in that da "by applying the binary control signals" 0 "to the second and fourth control device on the sensing element of the first and second transmission lines (27, / 4) the logical function OR is implemented. 11. Verknüpfungsschaltung mch einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß durch Anlegen des binären Steuersignals »!<' an die zweite Steuereinrichtung und des binären Steuersignals »0« an die vierte Steuereinrichtung am Abfühlelement der ersten und zweiten Übertragungsleitung (27. /4) die logische Funktion NAND verwirklicht ist.11. Linking circuit with one or several of claims 1 to 7, characterized in that by applying the binary control signal "! <" To the second control device and the binary control signal "0" to the fourth control device the logic function on the sensing element of the first and second transmission lines (27./4) NAND is a reality. 12. Verknüpfungsschaltung nach Anspruch 6.12. Linking circuit according to claim 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (25) zeitlich schnell wechselnde Vorstromsignale erzeugt und die Verknüpfungsschaltung als Element einer Datensicherungseinrichtung Verwendung findet characterized in that the control circuit (25) rapidly changing bias current signals generated and the logic circuit is used as an element of a data backup device